JPH0473609B2 - - Google Patents
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- JPH0473609B2 JPH0473609B2 JP60130720A JP13072085A JPH0473609B2 JP H0473609 B2 JPH0473609 B2 JP H0473609B2 JP 60130720 A JP60130720 A JP 60130720A JP 13072085 A JP13072085 A JP 13072085A JP H0473609 B2 JPH0473609 B2 JP H0473609B2
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- crystal
- growth
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- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
(発明の技術分野)
本発明は分子線エピタキシヤル成長方法に係わ
り、特にデバイス作製時に生じる結晶欠陥の改善
方法に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Technical Field of the Invention) The present invention relates to a molecular beam epitaxial growth method, and particularly to a method for improving crystal defects that occur during device fabrication.
(従来技術とその問題点)
半導体基板上に超薄膜構造を形成する結晶成長
方法として、分子線エピタキシヤル成長方法(以
下、「分子線成長方法」と略す)が最近注目され
ている。この成長方法では高真空下において高温
に加熱した基板上に分子線を照射し、結晶成長を
行わせる。(Prior Art and its Problems) Recently, a molecular beam epitaxial growth method (hereinafter abbreviated as "molecular beam growth method") has been attracting attention as a crystal growth method for forming an ultra-thin film structure on a semiconductor substrate. In this growth method, molecular beams are irradiated onto a substrate heated to a high temperature under a high vacuum to cause crystal growth.
第3図は、分子線エピタキシヤル成長装置の主
要部分の断面図である。ここで21は成長室、2
2は真空ポンプ部、23は基板ホルダ、24,2
5,26は分子線源で、例えば、24は砒素
(As)、25はガリウム(Ga)、26はアルミニ
ウム(Al)の分子線源であり、成長室21内は
真空ポンプによつて高真空に保たれている。
GaAs基板上へのGaAlAs成長を例にとつて成長
工程を説明すると、先ず、GaAs基板27を基板
ホルダ23に固定させた後、基板27の温度を上
昇させる。結晶成長温度に達したら、Ga、Al、
Asの各分子線源のシヤツターをあけ、分子線を
基板27に照射すると、GaAlAsの結晶が成長す
ることになる。 FIG. 3 is a sectional view of the main parts of the molecular beam epitaxial growth apparatus. Here 21 is the growth room, 2
2 is a vacuum pump section, 23 is a substrate holder, 24, 2
5 and 26 are molecular beam sources, for example, 24 is an arsenic (As) molecular beam source, 25 is a gallium (Ga) molecular beam source, and 26 is an aluminum (Al) molecular beam source. is maintained.
To explain the growth process using GaAlAs growth on a GaAs substrate as an example, first, the GaAs substrate 27 is fixed to the substrate holder 23, and then the temperature of the substrate 27 is raised. When the crystal growth temperature is reached, Ga, Al,
When the shutters of each As molecular beam source are opened and the substrate 27 is irradiated with molecular beams, GaAlAs crystals will grow.
この分子線成長方法により半導体デバイスを作
製するのに際しては、歩留りとデバイスの特性を
劣化させる一要因である結晶欠陥を生じないよう
に充分な注意が払われている。しかしながら、次
のような場合には必ず結晶欠陥を生じることが既
に明らかとなつている。 When manufacturing semiconductor devices using this molecular beam growth method, sufficient care is taken to avoid crystal defects, which are one of the factors that degrade yield and device characteristics. However, it has already become clear that crystal defects always occur in the following cases.
〔成長結晶表面を大気中あるいは低真空雰囲
気にさらした場合〕
例えば、基板上に分子線成長を用いて結晶成
長(第1回目の成長)を行い、拡散、イオン注
入などの工程を施した後、デバイス構造によつ
ては再びそのウエハに分子線成長(第2回目の
成長)を行う必要がある。このような拡散、イ
オン注入などの工程を施すには、通常一度大気
又は低真空雰囲気にさらして、マスク加工等を
行わねばならない。従つて、このような工程を
終了した後、第2回目の成長を行うので、大気
あるいは低真空雰囲気にさらされた結晶表面と
その上の成長結晶との境界面近傍には多くの結
晶欠陥が生じる。 [When the growing crystal surface is exposed to the air or a low vacuum atmosphere] For example, after crystal growth (first growth) is performed on a substrate using molecular beam growth, and processes such as diffusion and ion implantation are performed. Depending on the device structure, it may be necessary to perform molecular beam growth (second growth) on the wafer again. In order to perform such processes such as diffusion and ion implantation, it is usually necessary to expose the material to the atmosphere or a low vacuum atmosphere and perform mask processing and the like. Therefore, since the second growth is performed after completing this process, there are many crystal defects near the interface between the crystal surface exposed to the air or low vacuum atmosphere and the growing crystal above it. arise.
〔半導体基板を高温加熱して、結晶成長を行
う場合〕
例えば、分子線成長によりGaAs基板上に
GaAlAsを成長する場合、高真空下で高温加熱
したGaAs基板上に、Ga、Al及びAsの分子線
を照射して結晶成長を行うが、GaAs基板の温
度が高いため、結晶成長開始前に基板表面が熱
分解しAsが蒸発してしまう。従つて、GaAs基
板の表面が荒れてしまい、結晶欠陥を引き起こ
している。 [When crystal growth is performed by heating a semiconductor substrate to a high temperature] For example, when crystal growth is performed on a GaAs substrate by molecular beam growth,
When growing GaAlAs, crystal growth is performed by irradiating molecular beams of Ga, Al, and As onto a GaAs substrate heated to high temperature in a high vacuum. However, because the temperature of the GaAs substrate is high, the substrate is The surface thermally decomposes and As evaporates. Therefore, the surface of the GaAs substrate becomes rough, causing crystal defects.
上述のように、結晶成長過程において結晶欠陥
を生じる場合があり、この改善策として従来は次
のように行つていた。 As mentioned above, crystal defects may occur during the crystal growth process, and the following measures have conventionally been taken to improve this problem.
〔成長結晶表面を大気あるいは低真空雰囲気
中にさらすために結晶欠陥が起る場合の改善手
段〕
結晶成長表面に局部的に拡散を行う場合に
は、拡散マスクが必要であり現在では大気にさ
らさずに拡散を行う手段は無い。又、局部的に
イオン注入を行う場合には集束イオン注入装置
を分子線成長装置と結合し、高真空状態を保つ
たままで集束イオン注入装置へ導き、イオン注
入後に分子線成長装置へ戻す方式も研究されて
いるが、作業効率が悪く、実用上問題である。
即ち、現状では大気又は低真空雰囲気にさらす
ことなく局部手なドーピングを行うことは非常
に難しい。このため、成長結晶表面が汚染され
るのは避け難いが、従来これを防止する適切な
改善策は何等掲示されていない。 [Measures to improve when crystal defects occur due to exposing the growing crystal surface to the air or low vacuum atmosphere] When performing local diffusion on the growing crystal surface, a diffusion mask is required; There is no way to spread the virus without it. In addition, when performing ion implantation locally, there is also a method in which a focused ion implanter is coupled to a molecular beam growth device, the ions are guided to the focused ion implanter while maintaining a high vacuum state, and then returned to the molecular beam growth device after ion implantation. Although it is being researched, it is inefficient and poses a practical problem.
That is, at present, it is extremely difficult to perform local manual doping without exposing the material to the air or a low vacuum atmosphere. For this reason, it is difficult to avoid contamination of the surface of the growing crystal, but no appropriate measures to prevent this have been proposed so far.
〔半導体基板を高温加熱して結晶成長を行う
場合〕
この場合の改善策として、GaAs基板にAs分
子線を照射しつつGaAs基板の温度を結晶成長
に必要な温度(約600℃以上)まで徐々に上げ
て行き、熱分解により基板のAsが蒸発しない
ように過剰なAs雰囲気を供給する方法がとら
れている。 [When crystal growth is performed by heating a semiconductor substrate at high temperature] As an improvement measure in this case, while irradiating the GaAs substrate with an As molecular beam, the temperature of the GaAs substrate is gradually raised to the temperature required for crystal growth (approximately 600°C or higher). The method used is to raise the temperature to a higher temperature and supply an excess As atmosphere to prevent As from evaporating on the substrate due to thermal decomposition.
しかし、この方法も以下の如き問題がある。 However, this method also has the following problems.
基板表面の保護に必要とするAs分子線の
Asは、基板温度に応じた量を与えなければ
ならず、特に基板温度が高くなるほど多くの
量を必要とすること。 As molecular beam required to protect the substrate surface
The amount of As must be given in accordance with the substrate temperature, and in particular, the higher the substrate temperature, the greater the amount required.
GaAlAs成長に必要なAs分子線量は、通常
GaAs基板の保護に必要なAs分子線量(で
述べた量)とは異なる。すなわち、通常は
GaAlAs成長に必要なAs分子線量の方が少な
い。従つて、基板の保護用のAs分子線量の
多いままでGaAlAs結晶を成長してしまう
と、GaAlAs結晶の品質が劣化すること。 The As molecular dose required for GaAlAs growth is typically
This is different from the As molecular dose (mentioned in ) required to protect GaAs substrates. That is, usually
The As molecular dose required for GaAlAs growth is lower. Therefore, if a GaAlAs crystal is grown with a high As molecular dose for substrate protection, the quality of the GaAlAs crystal will deteriorate.
上記ので述べた如く1本のAs分子線源
のみで、As分子線量を急変さぜることは困
難であり、通常2本のAs分子線源を用意し、
基板表面の保護用及びGaAlAs結晶成長用の
各工程に応じてAs分子線源を切替えるとい
つた手法がとられている。しかし、同一元素
の分子線源を複数個用意することは、他の元
素の分子線源の数が制限されること、前記の
成長室内の真空度が低下すること、装置の大
型化及び経済性から問題があること。 As mentioned above, it is difficult to suddenly change the As molecular dose with only one As molecular beam source, so two As molecular beam sources are usually prepared.
A method has been adopted in which the As molecular beam source is switched according to each process, for protection of the substrate surface and for GaAlAs crystal growth. However, preparing multiple molecular beam sources of the same element limits the number of molecular beam sources of other elements, reduces the degree of vacuum in the growth chamber, increases the size of the equipment, and is not economical. That there is a problem from.
以上のように、従来は分子線成長方法を用いて
半導体デバイス作製等の結晶成長過程に生じる結
晶欠陥を効率良く改善する方法がなかつた。 As described above, conventionally there has been no method for efficiently improving crystal defects that occur during crystal growth processes such as semiconductor device fabrication using molecular beam growth methods.
(発明の目的と特徴)
本発明は、上述した従来技術の欠点に鑑みなさ
れたもので、分子線エピタキシヤル成長方法によ
る結晶成長過程に生じる結晶欠陥を少なくし、ウ
エハの歩留りあるいはデバイスの特性を改善する
ことのできる分子線エピタキシヤル成長方法を提
供することを目的とする。(Objectives and Features of the Invention) The present invention has been made in view of the above-mentioned drawbacks of the prior art, and aims to reduce crystal defects that occur during the crystal growth process using the molecular beam epitaxial growth method, thereby improving the yield of wafers or the characteristics of devices. The object is to provide an improved molecular beam epitaxial growth method.
本発明の特徴は、分子線成長方法を用いて、半
導体基板上に必要な結晶成長を行い、ウエハある
いは半導体素子を作製する場合に、成長結晶表面
に化合物半導体からなる多結晶膜(保護膜)を成
長する工程と、その上に再び結晶成長すべき直前
に少なくとも該保護膜を熱分解させる工程を含ん
だことにある。 A feature of the present invention is that when necessary crystal growth is performed on a semiconductor substrate using a molecular beam growth method to produce a wafer or a semiconductor element, a polycrystalline film (protective film) made of a compound semiconductor is formed on the surface of the growing crystal. and a step of thermally decomposing at least the protective film immediately before crystal growth is to be performed again on the protective film.
以下図面を用いて本発明を詳細に説明する。 The present invention will be explained in detail below using the drawings.
実施例 1
第1図は本発明による一実施例であり、GaAs
基板1の上にGaAlAs層2を成長する場合の成長
工程を説明するための図である。Example 1 FIG. 1 shows an example according to the present invention, in which GaAs
2 is a diagram for explaining a growth process when growing a GaAlAs layer 2 on a substrate 1. FIG.
第1図aは従来の方法によりGaAs基板1を
分子線エピタキシヤル装置(以下「MBE装置」
と称す)内に装填した時のGaAs基板1の状態
を示したものである。 Figure 1a shows a GaAs substrate 1 grown in a molecular beam epitaxial apparatus (hereinafter referred to as "MBE apparatus") using a conventional method.
This figure shows the state of the GaAs substrate 1 when it is loaded into a wafer.
通常GaAs基板1は脱脂洗滌後、H2SO4:
N2O2:H2O=5:1:1のエツチング液で表
面をエツチングし、水でリンス及び乾燥すると
いう工程を経たのち、基板ホルダに固定して
MBE装置内(図示せず)へ装填される。この
際、GaAs基板1の上にGaAsの極く薄い酸化
膜3が形成される。この酸化膜3は、上述のエ
ツチング、リンス及び乾燥という工程中にGa
とAsがそれぞれ酸素と結合して酸化物ができ、
これらの酸化物の混晶が酸化膜3として形成さ
れることが既に知られている。なお、酸化膜3
は約600度程度で熱分解してしまうので、以後
の結晶成長には悪影響を及ぼすことはない。 Usually, after degreasing and cleaning, the GaAs substrate 1 is treated with H 2 SO 4 :
After the surface is etched with an etching solution of N 2 O 2 :H 2 O=5:1:1, rinsed with water, and dried, it is fixed on a substrate holder.
Loaded into an MBE device (not shown). At this time, an extremely thin oxide film 3 of GaAs is formed on the GaAs substrate 1. This oxide film 3 is removed by Ga during the etching, rinsing and drying steps mentioned above.
and As combine with oxygen to form oxides,
It is already known that a mixed crystal of these oxides is formed as the oxide film 3. Note that the oxide film 3
Since it decomposes thermally at about 600 degrees Celsius, it will not have any negative effect on subsequent crystal growth.
更に事前準備として、MBE装置内を高真空
状態にし、基板ホルダーの温度を次に述べる保
護膜4の結晶成長温度(約100°〜400℃程度)
まで上げる。 Furthermore, as a preliminary preparation, the inside of the MBE apparatus is placed in a high vacuum state, and the temperature of the substrate holder is adjusted to the crystal growth temperature of the protective film 4 (approximately 100° to 400°C) as described below.
raise it to
次に、本発明の特徴である。保護膜4を酸化
膜3の上に形成する。具体的には、上記基本ホ
ルダの温度が保護膜4の結晶成長温度(例え
ば、300℃とする)になつた時点で、As分子線
及びCa分子線を照射することにより第1図b
の如き酸化膜3の上にGaAs多結晶膜すなわち
保護膜4が形成される。 Next, there are features of the present invention. A protective film 4 is formed on the oxide film 3. Specifically, when the temperature of the basic holder reaches the crystal growth temperature of the protective film 4 (for example, 300°C), the temperature shown in FIG.
A GaAs polycrystalline film, that is, a protective film 4 is formed on the oxide film 3 as shown in FIG.
このGaAs保護膜4は、GaAlAs層2の結晶
成長温度である約700度程度になつてもGaAs
基板1の表面が直ちに熱分解してその表面が劣
化しないようにGaAs基板1の表面を保護する
ために設けられたものである。 This GaAs protective film 4 is a GaAs protective film 4 even when the crystal growth temperature of the GaAlAs layer 2 reaches about 700 degrees.
This is provided to protect the surface of the GaAs substrate 1 so that the surface of the substrate 1 does not deteriorate due to immediate thermal decomposition.
なお、GaAs保護膜4を形成する場合の膜厚
tGは特に限定するものではないが、次のの工
程で述べるGaAs保護膜4の除去容易性から言
えば数分で除去できる程度が好ましい。例えば
GaAlAs層2の結晶成長温度が700℃ならば保
護膜4の膜厚tGは約500Åとした場合、約5分
程度で除去できる。このGaAs保護膜4の膜厚
tGは保護膜除去温度即ち結晶成長温度T(絶対
温度)に関係し、次の近似式で表すことができ
る。 In addition, the film thickness when forming the GaAs protective film 4
tG is not particularly limited, but from the viewpoint of ease of removal of the GaAs protective film 4 described in the next step, it is preferable that it can be removed within a few minutes. for example
If the crystal growth temperature of the GaAlAs layer 2 is 700° C. and the thickness t G of the protective film 4 is about 500 Å, it can be removed in about 5 minutes. Thickness of this GaAs protective film 4
tG is related to the protective film removal temperature, that is, the crystal growth temperature T (absolute temperature), and can be expressed by the following approximate expression.
tG3×1017exp(−33000/T)〔Å〕 ……(1)
なお所望の膜厚tGを得るにはAs分子線量、
Ga分子線量及び各々の照射時間を調整すれば
良い。 t G 3×10 17 exp (-33000/T) [Å] ...(1) In order to obtain the desired film thickness t G , the As molecular dose,
The Ga molecule dose and each irradiation time may be adjusted.
GaAs基板1がGaAs保護膜4で保護された
後、As分子線を照射したまま、GaAlAs層2の
結晶成長温度である約700度まで上昇させ、そ
の温度を数分間(例えば、約5分程度)保持す
る。この結晶成長温度(約700度)を数分間保
持すると、第1図cの如くGaAs保護膜4が熱
分解により除去されると共に、次いで酸化膜3
も同様に熱分解し除去されてGaAs基板1のみ
にすることができる。 After the GaAs substrate 1 is protected by the GaAs protective film 4, the temperature is raised to about 700 degrees, which is the crystal growth temperature of the GaAlAs layer 2, while being irradiated with the As molecular beam, and the temperature is maintained for several minutes (for example, about 5 minutes). )Hold. When this crystal growth temperature (approximately 700 degrees) is maintained for several minutes, the GaAs protective film 4 is removed by thermal decomposition as shown in Figure 1c, and then the oxide film 3 is removed.
can be similarly thermally decomposed and removed, leaving only the GaAs substrate 1.
この様子は反射電子線回折像を利用して観測
することが可能であり、反射電子線回折像が環
状の回折像から点もしくは線状の回折像に変化
することにより、GaAs保護膜4及び酸化膜3
が完全に除去されたことを判断することができ
る。 This state can be observed using a backscattered electron diffraction image, and as the backscattered electron diffraction image changes from a ring-shaped diffraction image to a dot or line-shaped diffraction image, the GaAs protective film 4 and the oxidized membrane 3
can be determined to have been completely removed.
従つて、の工程の後に直ちにGa及びAl分
子線の照射をすることにより、第1図dの如き
GaAs基板1の上にGaAlAs層2を成長するこ
とができる。 Therefore, by irradiating with Ga and Al molecular beams immediately after the process, the result as shown in Figure 1d is obtained.
A GaAlAs layer 2 can be grown on the GaAs substrate 1 .
この方法により、GaAs基板1とGaAlAs層2
との結晶表面には結晶欠陥がほとんど生ぜず、良
好な結晶成長が行える。また、As分子線量も最
初からGaAlAs層2の結晶成長に必要な量だけを
照射しておけば良いので、As分子線用は1本で
済ませることができる。 By this method, GaAs substrate 1 and GaAlAs layer 2
There are almost no crystal defects on the crystal surface, and good crystal growth can be achieved. Further, since it is sufficient to irradiate only the amount of As molecular beam necessary for crystal growth of the GaAlAs layer 2 from the beginning, only one As molecular beam is required.
なお、上述の説明では、GaAlAs層2を一層成
長する場合にとり説明したが、GaAs層や
GaAIAs層の多層構造であつても良く、かつ基板
及び成長層の導電型あるいは不純物濃度等に関係
なく実施することができる。 In addition, in the above explanation, the case where the GaAlAs layer 2 is grown is explained, but the case where the GaAlAs layer 2 is grown is explained.
It may have a multilayer structure of GaAIAs layers, and can be implemented regardless of the conductivity type or impurity concentration of the substrate and growth layer.
またInP基板上へInGaAs、InAlAs、
InGaAlAsあるいはそれらの組み合わせによる多
層膜を結晶成長する際は、InAs保護膜またはInP
保護膜を用いれば良い。 In addition, InGaAs, InAlAs,
When growing a multilayer film made of InGaAlAs or a combination thereof, an InAs protective film or an InP
A protective film may be used.
更に、その他の−族または−族化合物
半導体の組合わせに際しても、結晶成長温度であ
る容易に除去できる組成の化合物半導体層を保護
膜として用いることにより適用可能である。 Furthermore, it is also possible to use a combination of other - group or - group compound semiconductors by using a compound semiconductor layer having a composition that can be easily removed at the crystal growth temperature as a protective film.
実施例 2
結晶欠陥が生じる1要因である成長結晶表面が
大気中あるいは低真空雰囲気中にさらされる場合
について、静電誘導型トランジスタの作製工程を
例にとり説明する。Example 2 A case in which the surface of a growing crystal, which is one of the causes of crystal defects, is exposed to the air or a low vacuum atmosphere will be explained using the manufacturing process of a static induction transistor as an example.
第2図は本発明による他の実施例であり、
GaAsを用いた静電誘導型トランジスタを製造す
る場合の成長工程を説明するための図である。 FIG. 2 shows another embodiment according to the present invention,
FIG. 2 is a diagram for explaining a growth process when manufacturing a static induction transistor using GaAs.
第2図aはn+−GaAs基板5の上に通常の分
子線成長方法によりn+−GaAs層6及びn-−
GaAs層7を結晶成長したものである。(1回
目の結晶成長)。従来では、次にこの1回目の
結晶成長が終了したウエハを大気又は低真空中
に取り出して、不純物の拡散もしくはイオン注
入の工程に入るが、本発明では、その前に次の
工程を行う。 FIG. 2a shows an n + -GaAs layer 6 and an n - - layer grown on an n + -GaAs substrate 5 by a conventional molecular beam growth method.
This is a crystal grown GaAs layer 7. (First crystal growth). Conventionally, the wafer on which the first crystal growth has been completed is then taken out into the atmosphere or low vacuum and subjected to an impurity diffusion or ion implantation process, but in the present invention, the following process is performed before that.
1回目の結晶成長時に成長室内温度が600℃
になつているものを保護膜結晶成長温度(約
100〜400℃程度)まで成長室内温度を下げ、本
発明の特徴であるGaAsまたはInAsの多結晶膜
すなわち保護膜4を第2図bの如くn-−GaAs
層7の上に形成する。 During the first crystal growth, the growth chamber temperature was 600℃.
The protective film crystal growth temperature (approximately
The temperature in the growth chamber is lowered to about 100 to 400°C, and the polycrystalline film of GaAs or InAs, which is a feature of the present invention, that is, the protective film 4 is grown as n - -GaAs as shown in Fig. 2b.
Formed on layer 7.
ここで、GaAs保護膜4またはInAs保護膜の
いずれを用いるかは、後述のの工程における
2回目の結晶成長温度によつて決まる。これは
GaAs保護膜4とInAs保護膜とでは熱による分
解温度が異なるためであり、後述のように、こ
の保護膜4は熱分解により取り除く必要があ
る。従つて、2回目の結晶成長温度が700度以
下の場合にはInAs保護膜を用い、700度以上の
場合にはGaAs保護膜4あるいはInAs保護膜を
用いた方が良い。 Here, whether to use the GaAs protective film 4 or the InAs protective film is determined by the second crystal growth temperature in the step described below. this is
This is because the GaAs protective film 4 and the InAs protective film have different thermal decomposition temperatures, and as will be described later, this protective film 4 must be removed by thermal decomposition. Therefore, it is better to use the InAs protective film when the second crystal growth temperature is 700 degrees Celsius or lower, and use the GaAs protective film 4 or the InAs protective film when the second crystal growth temperature is 700 degrees Celsius or higher.
また、各保護膜の膜厚も2回目の結晶成長温
度等に関連するが、その膜厚は本発明を限定す
るものではない。例えば、結晶成長温度が700
度の時は各保護膜4の膜厚を約500Å程度とす
れば約5分程度で除去できる。この保護膜の膜
厚は上述のように結晶成長温度即ち保護膜除去
温度によつて変わり、膜厚の近似式は次の通り
である。 Further, the thickness of each protective film is also related to the second crystal growth temperature, etc., but the thickness does not limit the present invention. For example, if the crystal growth temperature is 700
If the thickness of each protective film 4 is about 500 Å, it can be removed in about 5 minutes. As mentioned above, the thickness of this protective film varies depending on the crystal growth temperature, that is, the protective film removal temperature, and the approximate formula for the film thickness is as follows.
GaAs保護膜の膜厚tG (1)式と同様である。 Thickness t G of the GaAs protective film is the same as equation (1).
InAs保護膜の膜厚tI
tG1×1017exp(−29000/T)〔Å〕 ……(2)
保護膜4の付いたウエハを分子線成長室から
大気中に取り出し、窒化シリコン膜5を保護膜
4の上に形成した後、フオトリソグラフイによ
り所望の個所の窒化シリコン膜8を除去する。
窒化シリコン膜5をマスクとして、例えば、カ
ドミニウム(Cd)を第2図cの如く保護膜4
を通過してGaAs層7まで拡散し、Gd拡散領域
9を形成する。 Film thickness of InAs protective film t I t G 1×10 17 exp (-29000/T) [Å] ...(2) The wafer with protective film 4 is taken out from the molecular beam growth chamber into the atmosphere, and the silicon nitride film is After the silicon nitride film 5 is formed on the protective film 4, desired portions of the silicon nitride film 8 are removed by photolithography.
Using the silicon nitride film 5 as a mask, for example, cadmium (Cd) is applied to the protective film 4 as shown in FIG.
and diffuses to the GaAs layer 7 to form a Gd diffusion region 9.
この場合、従来はGaAs層7の結晶表面が大
気中に取り出されるため、結晶欠陥を生じてい
たが、本発明の如く、GaAs層7の結晶表面を
保護膜4で保護してから大気中に取り出される
ので、GaAs層7の表面を大気に直接さらされ
る悪影響から保護することができる。 In this case, conventionally, the crystal surface of the GaAs layer 7 was exposed to the atmosphere, which caused crystal defects, but as in the present invention, the crystal surface of the GaAs layer 7 is protected with the protective film 4 and then exposed to the atmosphere. Since the surface of the GaAs layer 7 is taken out, it is possible to protect the surface of the GaAs layer 7 from the adverse effects of direct exposure to the atmosphere.
次に、従来の方法により窒化シリコン膜8を
除去する。従つて、第2図dの如く、保護膜4
が再び大気中にさらされる。 Next, silicon nitride film 8 is removed using a conventional method. Therefore, as shown in FIG. 2d, the protective film 4
is exposed to the atmosphere again.
の工程のウエハを再び高真空中の分子線成
長室に戻し、2回目の成長温度まで上げ、成長
温度に達してから約5分間保持する。これによ
り、保護膜4は成長温度で熱分解し完全に除去
される。この際保護膜4の除去状況は、反射電
子線回折像が環状パターンから線状に変化する
ことで知ることができる。 The wafer from step 2 is returned to the molecular beam growth chamber in a high vacuum, raised to the second growth temperature, and held for about 5 minutes after reaching the growth temperature. As a result, the protective film 4 is thermally decomposed at the growth temperature and completely removed. At this time, the state of removal of the protective film 4 can be determined by the change in the reflected electron beam diffraction pattern from an annular pattern to a linear pattern.
の工程の後直ちに、従来の方法により
n-GaAs層10及びn+−GaAs層11を順次結
晶成長(2回目)することにより、第2図eの
如き構造を有する静電誘導型トランジスタを作
製することができる。なお、n+−GaAs基板5
はソース、カドミウム拡散領域9はゲート、
n+−GaAs層11はドレインにそれぞれ対応す
る。 Immediately after the process, by conventional methods.
By sequentially crystal-growing the n - GaAs layer 10 and the n + -GaAs layer 11 (second time), a static induction transistor having a structure as shown in FIG. 2e can be manufactured. Note that the n + −GaAs substrate 5
is the source, cadmium diffusion region 9 is the gate,
The n + -GaAs layers 11 correspond to drains, respectively.
以上のように、本発明は大気中にウエハを取り
出す前に結晶表面に保護膜4を設け、高真空雰囲
気にウエハが戻された時点で保護膜4を除去し直
ちに所要の半導体層の分子線エピタキシヤル成長
をすることにより結晶欠陥の生成を防止したもの
である。 As described above, in the present invention, a protective film 4 is provided on the crystal surface before the wafer is taken out into the atmosphere, and when the wafer is returned to the high vacuum atmosphere, the protective film 4 is removed and the molecular beams of the required semiconductor layer are immediately removed. The generation of crystal defects is prevented by epitaxial growth.
なお、上述の説明では静電誘導型トランジスタ
を例にとり説明したが、この静電誘導型トランジ
スタの製造方法に限定されることなく、他の三次
元構造の集積回路等の製造方法の如き、成長結晶
表面が大気中あるいは低真空雰囲気にさらされる
製造工程を含む分子線エピタキシヤル成長法にて
全て適用できることは言うまでもない。 Note that although the above explanation uses a static induction transistor as an example, the manufacturing method is not limited to this static induction transistor. It goes without saying that any molecular beam epitaxial growth method including a manufacturing process in which the crystal surface is exposed to the air or a low vacuum atmosphere can be applied.
なお、本実施例においてもn+−GaAs基板の上
にn+−GaAs層を結晶成長する際には実施例1で
説明した如く、GaAs保護膜4を設けてから結晶
成長した方が良いことは言うまでもない。 In addition, in this example as well, when growing an n + -GaAs layer on an n + -GaAs substrate, it is better to provide the GaAs protective film 4 before growing the crystal, as explained in Example 1. Needless to say.
また、適用範囲も実施例1と全く同様であり、
GaAs基板上へのGaAs及びGoAlAsの多層構造、
InP基板上へのInGaAs、InAlAs、InGaAlAsあ
るいはそれらの組み合わせによる多層膜を用いた
装置(但し、この場合の保護膜はInAsまたはInP
を用いるのが望ましい。)、上記以外の−族ま
たは−族化合物半導体の組み合わせによる結
晶成長、及び、結晶成長層の導電型に関係なく適
用することができる。 In addition, the scope of application is exactly the same as in Example 1,
Multilayer structure of GaAs and GoAlAs on GaAs substrate,
A device using a multilayer film of InGaAs, InAlAs, InGaAlAs, or a combination thereof on an InP substrate (However, in this case, the protective film is InAs or InP
It is preferable to use ), crystal growth using a combination of - group or - group compound semiconductors other than the above, and regardless of the conductivity type of the crystal growth layer.
(発明の効果)
以上説明したように、本発明は結晶欠陥を生じ
る要因となる基板上への結晶成長時あるいはウエ
ハを大気中か低真空雰囲気にさらす場合におい
て、保護膜を基板上あるいはウエハ上に一旦成長
させたのち、次の工程を行うことにより、結晶欠
陥の極めて少ないデバイスを作製することができ
る。従つて、本発明は従来技術による結晶欠陥に
よる歩留りの低下とデバイス特性の劣化を改善す
ることができるので、高信頼のデバイスを作製で
き、かつ分子線エピタキシヤル成長装置内の分子
線源も少なくて済む経済性を有するので、その効
果は極めて大である。(Effects of the Invention) As explained above, the present invention provides a method for removing a protective film on a substrate or wafer during crystal growth on a substrate or when exposing a wafer to the air or a low vacuum atmosphere, which can cause crystal defects. By once growing the crystal and then performing the next step, a device with extremely few crystal defects can be manufactured. Therefore, the present invention can improve yield reduction and deterioration of device characteristics due to crystal defects caused by conventional techniques, making it possible to fabricate highly reliable devices and reducing the number of molecular beam sources in the molecular beam epitaxial growth apparatus. The effect is extremely large as it is economically viable.
第1図は本発明による一実施例としてGaAs基
板の上にGaAlAs層を結晶成長する場合の工程を
説明するための断面略図、第2図は本発明による
他の実施例による他の実施例として静電誘電型ト
ランジスタの製造工程を説明するための断面略
図、第3図は本発明に用いる分子線エピタキシヤ
ル成長装置の主要部を示す断面略図である。
1……GaAs基板、2……GaAlAs層、3……
酸化膜、4……保護膜、5……n+−GaAs基板、
6……n+−GaAs層、7……n-−GaAs層、8…
…窒化シリコン膜、9……Cd拡散領域、10…
…n−GaAs層、11……n+−GaAs層、21…
…成長室、22……真空ポンプ部、23……基板
ホルダ、24,25,26……分子線源、27…
…基板。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view for explaining the process of crystal-growing a GaAlAs layer on a GaAs substrate as an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of another embodiment of the present invention. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view for explaining the manufacturing process of an electrostatic dielectric transistor, and FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing the main parts of the molecular beam epitaxial growth apparatus used in the present invention. 1...GaAs substrate, 2...GaAlAs layer, 3...
Oxide film, 4... protective film, 5... n + −GaAs substrate,
6...n + -GaAs layer, 7...n - -GaAs layer, 8...
...Silicon nitride film, 9...Cd diffusion region, 10...
...n-GaAs layer, 11...n + -GaAs layer, 21...
...Growth chamber, 22...Vacuum pump unit, 23...Substrate holder, 24, 25, 26...Molecular beam source, 27...
…substrate.
Claims (1)
一層の半導体結晶の成長を行う分子線エピタキシ
ヤル成長方法において、前記結晶の成長温度近傍
の熱分解温度を有する化合物半導体多結晶層を前
記基板上もしくは該基板上に形成された最上層の
半導体層上に該基板もしくは該最上層が前記結晶
の成長温度以下の状態で保護膜として形成する第
1の工程と、前記基板もしくは前記最上層の温度
を前記結晶の成長温度まで上昇させる第2の工程
と、前記結晶の成長温度を保持することにより前
記保護膜を熱分解で除去する第3の工程と、該第
3の工程により前記保護膜を除去した後に直ちに
爾後の半導体層の成長を行う第4の工程とを含む
ことを特徴とする分子線エピタキシヤル成長方
法。 2 前記保護膜が前記基板上に形成されることを
特徴とする特許請求の範囲第1項記載の分子線エ
ピタキシヤル成長方法。 3 前記保護膜が前記基板に形成された一つの半
導体層上又は該基板に形成された複数の半導体層
のうちの最上層上に形成されることを特徴とする
特許請求の範囲第1項記載の分子線エピタキシヤ
ル成長方法。[Scope of Claims] 1. In a molecular beam epitaxial growth method in which a semiconductor substrate is irradiated with a molecular beam to grow at least one layer of semiconductor crystal, a compound semiconductor polycrystal having a thermal decomposition temperature near the growth temperature of the crystal. a first step of forming a layer as a protective film on the substrate or an uppermost semiconductor layer formed on the substrate in a state where the substrate or the uppermost layer is at a temperature below the growth temperature of the crystal; a second step of increasing the temperature of the top layer to the crystal growth temperature; a third step of removing the protective film by thermal decomposition by maintaining the crystal growth temperature; and the third step. a fourth step of growing a subsequent semiconductor layer immediately after removing the protective film. 2. The molecular beam epitaxial growth method according to claim 1, wherein the protective film is formed on the substrate. 3. Claim 1, characterized in that the protective film is formed on one semiconductor layer formed on the substrate or on the uppermost layer of a plurality of semiconductor layers formed on the substrate. Molecular beam epitaxial growth method.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13072085A JPS61289621A (en) | 1985-06-18 | 1985-06-18 | Molecular beam epitaxial growth |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13072085A JPS61289621A (en) | 1985-06-18 | 1985-06-18 | Molecular beam epitaxial growth |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61289621A JPS61289621A (en) | 1986-12-19 |
| JPH0473609B2 true JPH0473609B2 (en) | 1992-11-24 |
Family
ID=15041013
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13072085A Granted JPS61289621A (en) | 1985-06-18 | 1985-06-18 | Molecular beam epitaxial growth |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61289621A (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5107076B2 (en) * | 2008-02-01 | 2012-12-26 | Jx日鉱日石金属株式会社 | Method for surface treatment of semiconductor substrate |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61119090A (en) * | 1984-11-14 | 1986-06-06 | Rohm Co Ltd | Manufacture of semiconductor laser |
| JPS61232608A (en) * | 1985-04-08 | 1986-10-16 | Sharp Corp | Manufacture of semiconductor element |
-
1985
- 1985-06-18 JP JP13072085A patent/JPS61289621A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61289621A (en) | 1986-12-19 |
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